新疆焉耆盆地典型区土壤水盐运移规律及其数值模拟

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焉耆盆地位于新疆巴音郭楞蒙古自治州境内,是南疆主要粮食基地,也是库尔勒的主要供水水源地。盆地中心为我国最大的内陆淡水湖——博斯腾湖(简称“博湖”)。20世纪50年代以来,由于大量引用地表水灌溉,致使灌区潜水位普遍上升,并造成该区土壤次生盐渍化、地下水和博斯腾湖水咸化和生态环境退化等一系列不良现象。本研究以典型区为例,探讨地下水浅埋深条件下的土壤水盐动态变化特征,分析了土壤水分的变化规律以及影响土壤盐分的各个因素。在此基础上,构建出典型区土壤水盐运移二维数值模型,并运用此模型,对制定出来的多种灌溉制度进行对比,从土壤水分和盐分两方面综合进行考虑,得出适合该区的灌溉制度。本研究的主要结论有:1.典型区地下水位变化受灌溉作用影响,灌溉前后变化较大,无灌溉期由于底部潜水补给,变化不明显。典型区深层地下水矿化度变化不大,年际变化在0.575~0.717g/L之间;浅部地下水的矿化度变化较大,最高7.38,最小为3.76g/L,但总体趋势是趋于淡化。2.受灌溉影响,典型区耕地较周边荒地土壤含水量动态变化强烈,10cm深度处耕地土壤含水量变异系数高达0.59,而荒地仅0.05。灌水后,典型区土壤含水量发生重分布,20cm以上变化不大,但在20cm深度处含水量达到饱和含水量峰值,待灌溉数天后,逐渐减小,接近土壤残余含水量。在150cm深度以下含水量趋于稳定,变异系数在0.01—0.04之间。3.典型区30cm深度以上多年土壤盐分的峰值都出现在5、6月份,7~9月份相对稳定。30cm深度以下,土壤盐分越靠近地下水位越趋于稳定。4.运用信息统计方法讨论了土壤盐分与地下水位的关系,结果表明表层0~30cm的土壤盐分在潜水埋深处于0~100cm时影响最大;60~220cm的土壤水矿化度在潜水埋深处于100~130cm时影响最大。5.运用多元统计技术,利用SPSS软件中的相关分析模块,分析了土壤组分对盐分的影响,结果表明:砂粒与土壤盐分的皮尔逊相关系数为-0.263,粉粒为0.38,粘粒为-0.507,双尾显著性检验分别为0.015,0.000,0.000都通过了显著性检验,说明典型区土壤盐分主要受粘粒含量影响。6.运用回归分析方法,建立了土壤盐分Y与矿化度X的关系式:Y=0.1873X-0.1856,相关系数为0.837,显著性检验为0.001。7.从微观角度出发,用相关分析法分析了土壤盐分与离子组分之间的关系,结果表明土壤盐分主要与Cl-、SO42-、(K+Na+)、Mg2+这四类离子相关性较大,在深度上面有稍许变化。8.建立了典型区土壤水盐运移二维数值模型,并采用2001年4月15日—12月30日,共计260天的水盐实测数据对模型进行了校准和验证,确立了可靠的典型区水盐运移数值模拟模型。9.以小麦为例,分别考虑作物需水量和当地实际灌溉制度,改变灌溉量和间隔和次数,制定了三种灌溉方案,通过模型对不同灌溉方案下的土壤水盐运移特征进行模拟预测,通过土壤盐分的积聚变化特征,选取了适宜典型区的灌溉制度。10.对适宜本区的灌溉方案进行了数值模拟计算,在灌溉量、作物需水量、土壤盐分上与前面的三种方案进行了对比,确定了这种方案的优越性。本次研究为更好地揭示干旱内陆盆地田间地下水—土壤水盐运移规律提供了理论依据和研究平台,对区内的农业生产、生态环境以及经济发展都具有重要的现实意义。本文主要特色为,从典型区水盐运移特征出发,建立了本区二维水盐运移数值模型,并利用模型,对灌溉制度进行了模拟计算,在考虑作物需水量、灌溉量和土壤盐分的情况下,分析得出了适宜本区灌溉方案,为本区农业生产和灌溉用水提供了理论依据。
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